(57)【要約】【課題】放電抵抗ユニットをコンパクトに構成するとともに、前記放電抵抗ユニットの設置性及びメンテナンス性を良好に向上させることを可能にする。【解決手段】燃料電池システム１０を構成する放電抵抗ユニット５８は、容器７４と、前記容器７４の上部である円筒形状部７４ａ内に配置されるコイル状抵抗体７６と、前記容器７４の下部である立方体形状部７４ｂ内に配置され、前記コイル状抵抗体７６が接続される接続端子７８ａ、７８ｂとを備えるとともに、前記容器７４は、設置面７４ｃに対して傾斜する傾斜面７４ｄに開口部８０を設ける。【選択図】図６
2010282805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に接続され、該燃料電池から電力を放電させるための放電抵抗ユニットと、
を備える燃料電池システムであって、
前記放電抵抗ユニットは、容器と、
前記容器内の上部に配置されるコイル状抵抗体と、
前記容器内の下部に配置され、前記コイル状抵抗体が接続される接続端子と、
を備えるとともに、
前記容器は、設置面に対して傾斜する傾斜面に開口部を設けることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記容器内には、前記コイル状抵抗体を保持するための保持部材を固定する固定部が設けられるとともに、
前記固定部は、固定用工具が外部から前記開口部を通ってアクセス可能な姿勢に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、前記容器は、前記コイル状抵抗体が配置される円筒形状部と、
前記接続端子が配置される立方体形状部と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、車両の車室内に左右のフロントシート間に位置して車長方向に延在するセンターコンソール内に収容されるとともに、
前記放電抵抗ユニットは、前記左右のフロントシートのいずれかのシート下に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に接続され、該燃料電池から電力を放電させるための放電抵抗ユニットとを備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス）をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００４】
この種の燃料電池では、発電（運転）が停止されると、前記燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止されるものの、アノード側電極に前記燃料ガスが残存する一方、カソード側電極に前記酸化剤ガスが残存している。このため、燃料電池の停止中に、カソード側が高電位に保持されてしまい、電極触媒が劣化するという問題がある。
【０００５】
そこで、運転停止と同時に、燃料電池の出力端子間に放電抵抗を投入接続し、残エネルギを電気エネルギとして前記放電抵抗へ放電させて消費する方式が知られている。
【０００６】
例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の放電制御回路では、燃料電池発電装置が制御電源の不測な喪失により緊急停止した場合には、制御電源喪失検出リレーがオフ動作し、そのリレー接点をオンにして放電制御リレーの回路を閉じている。従って、この状態で、燃料電池本体の端子電圧が残エネルギにより高電位であれば、放電制御リレーがオン動作して放電抵抗の回路を閉じ、前記放電抵抗が燃料電池の出力端子間に投入接続されている。これにより、燃料電池本体の残エネルギが、電気エネルギとして放電抵抗に放電消費されるようになる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２９８６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この種の燃料電池を車両に搭載する際には、上記の放電制御回路を、各種配管と共に限られたスペース内に配置する必要がある。しかしながら、特に、大電流を引くために抵抗器が大きくなり易く、前記抵抗器の設置場所を設定することが困難になる。これにより、放電制御回路の設置スペースが拡大するとともに、メンテナンス性が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、放電抵抗ユニットをコンパクトに構成するとともに、前記放電抵抗ユニットの設置性及びメンテナンス性を良好に向上させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に接続され、該燃料電池から電力を放電させるための放電抵抗ユニットとを備える燃料電池システムに関するものである。
【００１１】
放電抵抗ユニットは、容器と、前記容器内の上部に配置されるコイル状抵抗体と、前記容器内の下部に配置され、前記コイル状抵抗体が接続される接続端子とを備えるとともに、前記容器は、設置面に対して傾斜する傾斜面に開口部を設けている。
【００１２】
また、容器内には、コイル状抵抗体を保持するための保持部材を固定する固定部が設けられるとともに、前記固定部は、固定用工具が外部から開口部を通ってアクセス可能な姿勢に設定されることが好ましい。
【００１３】
さらに、容器は、コイル状抵抗体が配置される円筒形状部と、接続端子が配置される立方体形状部とを有することが好ましい。
【００１４】
さらにまた、燃料電池は、車両の車室内に左右のフロントシート間に位置して車長方向に延在するセンターコンソール内に収容されるとともに、放電抵抗ユニットは、前記左右のフロントシートのいずれかのシート下に配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、比較的大型部品であるコイル状抵抗体が、容器内の上部に配置されるため、前記容器の下部形状を比較的小さな寸法に設定することができる。従って、容器を設置するためのスペースの狭小化が図られるとともに、配管が配置される狭小なスペースにも、前記容器を容易に配置させることが可能になる。
【００１６】
しかも、容器は、設置面に対して傾斜する傾斜面に開口部を設けるため、この開口部から前記容器の内部を容易に視認することができる。これにより、容器内での作業が簡素化し、作業性が良好に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムが搭載される燃料電池車両の概略側面説明図である。
【図２】前記燃料電池システムの平面説明図である。
【図３】前記燃料電池システムの正面説明図である。
【図４】前記燃料電池システムを構成する放電抵抗ユニットの取り付け状態を示す斜視説明図である。
【図５】前記放電抵抗ユニットの取り付け状態を示す側面説明図である。
【図６】前記放電抵抗ユニットの内部斜視説明図である。
【図７】前記放電抵抗ユニットを構成する容器の斜視説明図である。
【図８】前記容器の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０は、燃料電池車両１２に搭載される。燃料電池車両１２は、車室１４内に左右のフロントシート（運転席及び助手席）１６ａ、１６ｂ間に位置して、車長方向（矢印Ｌ方向）に延在するセンターコンソール１８が設けられる。
【００１９】
燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２０を備え、前記燃料電池スタック２０は、センターコンソール１８内に収容される（図１〜図３参照）。燃料電池スタック２０は、複数の燃料電池２２が水平方向（又は鉛直方向）に積層される。
【００２０】
図２に示すように、燃料電池２２は、電解質膜・電極構造体２４が、第１及び第２セパレータ２６、２８に挟持される。電解質膜・電極構造体２４は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３０と、前記固体高分子電解質膜３０を挟持するカソード側電極３２及びアノード側電極３４とを備える。
【００２１】
第１及び第２セパレータ２６、２８は、金属セパレータ又はカーボンセパレータで構成される。第１セパレータ２６と電解質膜・電極構造体２４との間には、酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流路３６が形成されるとともに、第２セパレータ２８と前記電解質膜・電極構造体２４との間には、燃料ガスを流通させる燃料ガス流路３８が形成される。互いに隣接する燃料電池２２間には、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路４０が形成される。
【００２２】
センターコンソール１８内には、燃料電池スタック２０の走向方向後方（矢印Ｌ２方向）に位置して加湿器等を含むガス供給ユニット４２が配置される一方、前記燃料電池スタック２０の走向方向前方（矢印Ｌ１方向）には、コンタクタユニット４４が配置される。
【００２３】
ガス供給ユニット４２には、冷却媒体供給装置４６を介して比較的高温の冷却媒体が供給され、前記ガス供給ユニット４２が加熱される。冷却媒体供給装置４６は、ラジエータ４８を備え、前記ラジエータ４８には、冷媒配管５０ａ、５０ｂの一端が接続されるとともに、前記冷媒配管５０ａ、５０ｂの他端は、燃料電池スタック２０の冷却媒体流路４０に接続される。
【００２４】
冷媒配管５０ａの途上には、第１バイパス配管５２の一端が接続され、前記第１バイパス配管５２は、イオン交換器５４を配置してガス供給ユニット４２に接続される。冷媒配管５０ｂの途上には、第２バイパス配管５６の一端が接続されるとともに、前記第２バイパス配管５６の他端は、ガス供給ユニット４２に接続される。
【００２５】
燃料電池２２からの電力を外部に対して接続／遮断するコンタクタユニット４４には、燃料電池システム１０を構成する放電抵抗ユニット５８が高圧配線６０ａ、６０ｂを介して接続される。このコンタクタユニット４４には、高圧配線６２ａ、６２ｂを介して電圧制御ユニット（ＤＣ／ＤＣコンバータを含む）６４が接続される。電圧制御ユニット６４は、インバータ６６を介して車両駆動モータ６８に接続される。
【００２６】
図３に示すように、センターコンソール１８は、自動車車体のフレーム部材７０に固定されるとともに、前記センターコンソール１８の左右両側には、フロントシート１６ａ、１６ｂの下方に位置してフロアパネル７２ａ、７２ｂが設けられる。
【００２７】
フロアパネル７２ａ内には、イオン交換器５４及び放電抵抗ユニット５８が配置されるとともに、前記イオン交換器５４と前記放電抵抗ユニット５８との間に、第２バイパス配管５６が配置される。フロアパネル７２ｂには、電圧制御ユニット６４が配置される。
【００２８】
フレーム部材７０には、サブフレーム７０ａ、７０ｂが連結され、前記サブフレーム７０ａに、イオン交換器５４、第２バイパス配管５６及び放電抵抗ユニット５８が取り付けられる一方（図４及び図５参照）、サブフレーム７０ｂに、電圧制御ユニット６４が取り付けられる（図３参照）。
【００２９】
図６に示すように、放電抵抗ユニット５８は、容器７４と、前記容器７４内の上部に配置されるコイル状抵抗体７６と、前記容器７４内の下部に配置され、前記コイル状抵抗体７６が接続される接続端子７８ａ、７８ｂとを備える。
【００３０】
容器７４は、コイル状抵抗体７６が配置される円筒形状部７４ａと、接続端子７８ａ、７８ｂが配置される立方体形状部７４ｂとを有するとともに、前記立方体形状部７４ｂの底面である設置面７４ｃに対して傾斜する傾斜面７４ｄには、開口部８０が形成される。
【００３１】
図７及び図８に示すように、容器７４の円筒形状部７４ａ内には、コイル状抵抗体７６を保持するための保持部材８２を固定する固定部８４が設けられる。保持部材８２は、略Ｕ字状を有し、コイル状抵抗体７６を挟むようにして保持される。
【００３２】
保持部材８２の開放される両端は、固定部８４に設けられる孔部８６に挿入されるボルト８８及びナット９０を介して固定される。固定部８４は、孔部８６の軸線を開口部８０に向けて傾斜させることにより、固定用工具９２が外部から前記開口部８０を通ってボルト８８にアクセス可能な姿勢に設定される。
【００３３】
容器７４の立方体形状部７４ｂ内には、接続端子７８ａ、７８ｂを固定するためのねじ部９４ａ、９４ｂが設けられるとともに、開口部８０を閉塞する蓋部材９６を前記立方体形状部７４ｂの傾斜面７４ｄに固定するためのねじ部９８が、例えば、４箇所に設けられる。立方体形状部７４ｂの一方の側部には、高圧配線用の孔部１００ａ、１００ｂが形成される。
【００３４】
接続端子７８ａ、７８ｂには、高圧配線６０ａ、６０ｂが接続され、前記高圧配線６０ａ、６０ｂは、孔部１００ａ、１００ｂを貫通して外部に引き出される。
【００３５】
なお、コイル状抵抗体７６の外周が、金属チューブで構成される場合には、前記コイル状抵抗体７６と保持部材８２との間に絶縁材を介装し、あるいは、前記保持部材８２を絶縁性部材で構成することが好ましい。
【００３６】
図４及び図５に示すように、容器７４の設置面７４ｃには、ステー１０２ａ、１０２ｂが形成され、前記ステー１０２ａ、１０２ｂは、ボルト１０４を介してサブフレーム７０ａに固定される。容器７４の円筒形状部７４ａの両側と、サブフレーム７０ａとは、保持フレーム１０６ａ、１０６ｂとボルト１０８とを介して保持される。
【００３７】
図５に示すように、保持フレーム１０６ａは、イオン交換器５４の着脱作業に干渉することがないように、第１バイパス配管５２（及び第２バイパス配管５６）を跨ぐようにして容器７４とサブフレーム７０ａとに取り付けられる。
【００３８】
第１バイパス配管５２及び第２バイパス配管５６は、図４に示すように、固定リング１１０ａ、１１０ｂを介してサブフレーム７０ａに取り付けられるとともに、高圧配線６０ａ、６０ｂは、固定リング１１０ｃ、１１０ｄを介して前記サブフレーム７０ａに取り付けられる。
【００３９】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。
【００４０】
図２に示すように、酸化剤ガス流路３６に酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス流路３８に水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体流路４０に純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００４１】
従って、電解質膜・電極構造体２４では、カソード側電極３２に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。これにより、コンタクタユニット４４の作用下に、燃料電池スタック２０から電圧制御ユニット６４に電力が供給される。この電圧制御ユニット６４は、電圧を制御してインバータ６６から車両駆動モータ６８に電力を供給し、燃料電池車両１２の走行が可能になる。
【００４２】
次いで、燃料電池システム１０では、起動時や停止時に、コンタクタユニット４４の作用下に、コイル状抵抗体７６が燃料電池スタック２０に電気的に接続され、前記燃料電池スタック２０の放電処理（ディスチャージ処理）が行われる。
【００４３】
この場合、本実施形態では、放電抵抗ユニット５８を構成する容器７４では、比較的大型部品であるコイル状抵抗体７６が前記容器７４内の上部（円筒形状部７４ａ）に配置されるため、前記容器７４内の下部（立方体形状部７４ｂ）を比較的小さな寸法に設定することができる。
【００４４】
このため、図３に示すように、イオン交換器５４と容器７４との間には、この容器７４の下部側に比較的大きなスペースが形成され、このスペースに第２バイパス配管５６を配置することができる。従って、フロアパネル７２ａ内には、容器７４を配置するためのスペースの狭小化が図られるとともに、第２バイパス配管５６が配置される狭小なスペースにも、前記容器７４を簡単に配置させることが可能になる。
【００４５】
しかも、容器７４は、設置面７４ｃに対して傾斜する傾斜面７４ｄに開口部８０が設けられている。このため、例えば、図８に示すように、センターコンソール１８とフロアパネル７２ａとの間から蓋部材９６が取り外された開口部８０を介して容器７４の内部を容易に視認することができる。
【００４６】
これにより、容器７４内での作業が簡素化し、作業性が良好に向上するという効果が得られる。具体的には、開口部８０からの接続端子７８ａ、７８ｂの取り付け及び取り外し作業が簡素化される。
【００４７】
しかも、保持部材８２を固定する固定部８４では、孔部８６が開口部８０に向かって設けられており、固定用工具９２を前記開口部８０から前記孔部８６に取り付けられているボルト８８にアクセスさせることができる。従って、ボルト８８の取り付け及び取り外し作業が容易に遂行され、保持部材８２を介してコイル状抵抗体７６の着脱作業が一挙に簡素化するという利点がある。
【００４８】
なお、本実施形態では、放電抵抗ユニット５８は、燃料電池スタック２０の停止時に、前記燃料電池スタック２０に残存する電力を放電させる処理と、前記燃料電池スタック２０の起動時に、負荷を接続する前に発生する高電位を防止する処理とを行うことができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０…燃料電池システム              １２…燃料電池車両
１６ａ、１６ｂ…フロントシート      １８…センターコンソール
２０…燃料電池スタック              ２２…燃料電池
４６…冷却媒体供給装置              ４８…ラジエータ
５０ａ、５０ｂ…冷媒配管            ５２、５６…バイパス配管
５４…イオン交換器                  ５８…放電抵抗ユニット
６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂ…高圧配線
６４…電圧制御ユニット              ７０…フレーム部材
７０ａ、７０ｂ…サブフレーム        ７２ａ、７２ｂ…フロアパネル
７４…容器                          ７４ａ…円筒形状部
７４ｂ…立方体形状部                ７４ｃ…設置面
７４ｄ…傾斜面                      ７６…コイル状抵抗体
７８ａ、７８ｂ…接続端子            ８０…開口部
８２…保持部材                      ８４…固定部
８６…孔部
【図１】
2010282805.tif 000003
【図２】
2010282805.tif 000004
【図３】
2010282805.tif 000005
【図４】
2010282805.tif 000006
【図５】
2010282805.tif 000007
【図６】
2010282805.tif 000008
【図７】
2010282805.tif 000009
【図８】
2010282805.tif 000010